Misni alyuminiydan og'irroq metall deyishganda, ularning zichligini solishtirishadi. Xuddi shunday, mis alyuminiyga qaraganda yaxshiroq o'tkazgich deb aytilsa, ularning qarshiligi (r) solishtiriladi, uning qiymati ma'lum bir namunaning o'lchamiga yoki shakliga bog'liq emas - faqat materialning o'ziga bog'liq.
Nazariy asoslash
Rezistorlik - ma'lum hajmdagi material uchun elektr o'tkazuvchanligiga qarshilik ko'rsatkichi. Uning qarama-qarshiligi elektr o'tkazuvchanligidir. Metalllar yaxshi elektr o'tkazgichlar (yuqori o'tkazuvchanlik va past r qiymati), metall bo'lmaganlar esa odatda yomon o'tkazgichlardir (past o'tkazuvchanlik va yuqori r qiymati).
Koʻproq tanish boʻlgan issiqlik elektr qarshiligi materialning elektr tokini oʻtkazish qanchalik qiyinligini oʻlchaydi. Bu qismning o'lchamiga bog'liq: qarshilik uzunroq yoki torroq material uchun yuqoriroq. Effektni bartaraf etish uchunqarshilikdan kattaligi, simning qarshiligi ishlatiladi - bu o'lchamga bog'liq bo'lmagan moddiy xususiyatdir. Ko'pgina materiallar uchun qarshilik harorat bilan ortadi. Istisno yarimo'tkazgichlar (masalan, kremniy) bo'lib, ularda harorat oshishi bilan u kamayadi.
Materialning issiqlik o'tkazish qulayligi issiqlik o'tkazuvchanligi bilan o'lchanadi. Birinchi baho sifatida, yaxshi elektr o'tkazgichlar ham yaxshi issiqlik o'tkazgichlari hisoblanadi. Qarshilik r belgisi bilan ifodalanadi va uning birligi ohmmetrdir. Sof misning qarshiligi 1,7×10 -8 ohm. Bu juda kichik raqam - 0,000,000,017 Ohm, bu bir kubometr misning deyarli hech qanday qarshilikka ega emasligini ko'rsatadi. Qarshilik qanchalik past bo'lsa (ohmmetr yoki Ōm), simlarni ulashda material yaxshiroq ishlatiladi. Qarshilik - o'tkazuvchanlikning boshqa tomoni.
Materiallar tasnifi
Materialning qarshilik qiymati ko'pincha uni o'tkazgich, yarim o'tkazgich yoki izolyator sifatida tasniflash uchun ishlatiladi. Qattiq elementlar elementlarning davriy jadvalidagi "statik qarshilik" bo'yicha izolyatorlar, yarim o'tkazgichlar yoki o'tkazgichlar sifatida tasniflanadi. Izolyator, yarimo'tkazgich yoki o'tkazuvchan materialdagi qarshilik elektr qo'llanilishi uchun asosiy xususiyat hisoblanadi.
Jadvalda ba'zi r, s va harorat koeffitsientlari ko'rsatilgan. Metalllarga qarshilik uchunharorat oshishi bilan ortadi. Buning aksi yarimo‘tkazgichlar va ko‘plab izolyatorlar uchun to‘g‘ri keladi.
| Material | r (Om) 20°Cda | s (S/m) 20°C | Harorat koeffitsienti (1/°C) x10 ^ -3 |
| Kumush |
1, 59 × 10 -8 |
6, 30 × 10 7 | 3, 8 |
| Mis | 1, 68 × 10 -8 | 5, 96 × 10 7 | 3, 9 |
| Oltin | 2, 44 × 10 -8 | 4, 10 × 10 7 | 3, 4 |
| Alyuminiy | 2, 82 × 10 -8 | 3, 5 × 10 7 | 3, 9 |
| Volfram | 5, 60 × 10 -8 | 1, 79 × 10 7 | 4.5 |
| Rink | 5, 90 × 10 -8 | 1, 69 × 10 7 | 3, 7 |
| Nikel | 6, 99 × 10 -8 | 1, 43 × 10 7 | 6 |
| Lityum | 9, 28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| Temir | 1, 0 × 10 -7 | 1, 00 × 10 7 | 5 |
| Platina | 1, 06 × 10 -7 | 9, 43 × 10 6 | 3, 9 |
| Etakchi |
2, 2 × 10 -7 |
4, 55 × 10 6 | 3, 9 |
| Konstantan | 4, 9 × 10 -7 | 2.04 × 10 6 | 0, 008 |
| Merkuriy | 9, 8 × 10 -7 | 1, 02 × 10 6 | 0.9 |
| Nichrome | 1,10 × 10 -6 | 9, 09 × 10 5 | 0, 4 |
| Uglerod (amorf) | 5 × 10 -4 dan 8 × 10 -4 | 1, 25-2 × 10 3 | -0, 5 |
Rezistorlikni hisoblash
Har qanday berilgan harorat uchun biz quyidagi formula yordamida jismning elektr qarshiligini ohmlarda hisoblashimiz mumkin.
Ushbu formulada:
- R - ob'ekt qarshiligi, ohmlarda;
- r - ob'ekt tayyorlangan materialning qarshiligi (o'ziga xos);
- L - ob'ekt uzunligi metrda;
- A-kesmaob'ekt qismi, kvadrat metrda.
Qarshilik ma'lum miqdordagi ohmmetrga teng. r ning SI birligi odatda ohmmetr bo'lsa-da, ba'zida birlik santimetr uchun ohmdir.
Materialning qarshiligi uning ustidagi elektr maydonining kattaligi bilan belgilanadi, bu ma'lum bir oqim zichligini beradi.
r=E/ J bu yerda:
- r - ohmmetrga;
- E - elektr maydonining har bir metr uchun voltsdagi kattaligi;
- J - kvadrat metr uchun amperdagi joriy zichlik qiymati.
Rezistentlikni qanday aniqlash mumkin? Ko'pgina rezistorlar va o'tkazgichlar elektr tokining bir xil oqimi bilan bir xil kesimga ega. Shuning uchun, aniqroq, lekin kengroq qo'llaniladigan tenglama mavjud.
r=RA/ J, bu yerda:
- R - ohm bilan o'lchanadigan bir hil material namunasining qarshiligi;
- l - metr bilan o'lchanadigan materialning uzunligi, m;
- A - namunaning tasavvurlar maydoni, kvadrat metrda o'lchangan, m2.
Materiallar qarshiligining asoslari
Materialning elektr qarshiligi elektr qarshiligi deb ham ataladi. Bu materialning elektr tokining oqimiga qanchalik kuchli qarshilik ko'rsatishining o'lchovidir. Bu qarshilikni ma'lum bir material uchun ma'lum bir haroratda uzunlik va kesma birlik maydoniga bo'lish orqali aniqlanishi mumkin.
Bu past r osongina ruxsat beruvchi materialni bildirishini bildiradielektronlarni harakatlantirish. Aksincha, yuqori r bo'lgan material yuqori qarshilikka ega bo'ladi va elektronlar oqimiga to'sqinlik qiladi. Mis va alyuminiy kabi elementlar past r darajalari bilan mashhur. Ayniqsa, kumush va oltinning r qiymati juda past, ammo ulardan foydalanish aniq sabablarga ko‘ra cheklangan.
Rezistiv hudud
Materiallar r qiymatiga qarab turli toifalarga joylashtiriladi. Xulosa quyidagi jadvalda keltirilgan.
Yarim o'tkazgichlarning o'tkazuvchanlik darajasi doping darajasiga bog'liq. Dopingsiz ular deyarli izolyatorlarga o'xshaydi, bu elektrolitlar uchun ham xuddi shunday. Materiallarning r darajasi juda katta farq qiladi.
| Uskunalar toifalari va material turi | Eng keng tarqalgan materiallarning qarshilik maydoni r ga qarab |
| Elektrolitlar | Oʻzgaruvchi |
| Izolyatorlar | ~ 10 ^ 16 |
| Metallar | ~ 10 ^ -8 |
| Yarim o'tkazgichlar | Oʻzgaruvchi |
| Supero'tkazgichlar | 0 |
Charshilik harorat koeffitsienti
Koʻp hollarda qarshilik harorat oshishi bilan ortadi. Natijada, qarshilikning haroratga bog'liqligini tushunish kerak. Supero'tkazuvchilardagi qarshilikning harorat koeffitsienti sababini oqlash mumkinintuitiv ravishda. Materialning qarshiligi bir qator hodisalarga bog'liq. Ulardan biri materialdagi zaryad tashuvchilar va atomlar o'rtasida sodir bo'ladigan to'qnashuvlar soni. O'tkazgichning qarshiligi harorat oshishi bilan ortadi, chunki to'qnashuvlar soni ortib boradi.
Bu har doim ham shunday bo'lmasligi mumkin va bu harorat oshishi bilan qo'shimcha zaryad tashuvchilarning chiqarilishi bilan bog'liq bo'lib, bu materiallar qarshiligining pasayishiga olib keladi. Bu ta'sir ko'pincha yarimo'tkazgichli materiallarda kuzatiladi.
Qarshilikning haroratga bog'liqligini ko'rib chiqishda, odatda qarshilikning harorat koeffitsienti chiziqli qonunga amal qiladi, deb taxmin qilinadi. Bu xona harorati va metallar va boshqa ko'plab materiallar uchun amal qiladi. Biroq, to'qnashuvlar sonidan kelib chiqadigan tortishish effektlari har doim ham doimiy bo'lmasligi aniqlandi, ayniqsa juda past haroratlarda (o'ta o'tkazuvchanlik hodisasi).
Qarshilik harorati grafigi
Oʻtkazgichning har qanday berilgan haroratdagi qarshiligini harorat qiymati va uning harorat qarshilik koeffitsienti asosida hisoblash mumkin.
R=Rref(1+ a (T- Tref)), bu yerda:
- R - qarshilik;
- Rref - mos yozuvlar haroratidagi qarshilik;
- a- material qarshiligining harorat koeffitsienti;
- Tref - harorat koeffitsienti ko'rsatilgan mos harorat.
Qarshilikning harorat koeffitsienti, odatda 20 °C haroratgacha standartlashtirilgan. Shunga ko'ra, amaliy ma'noda keng tarqalgan tenglama:
R=R20(1+ a20 (T- T20)), bu yerda:
- R20=20°C da qarshilik;
- a20 - qarshilikning harorat koeffitsienti 20 °C;
- T20- harorat 20 °C ga teng.
Materiallarning xona haroratidagi qarshiligi
Quyidagi qarshilik jadvalida mis, alyuminiy, oltin va kumush kabi elektrotexnikada keng qoʻllaniladigan koʻplab moddalar mavjud. Bu xususiyatlar ayniqsa muhimdir, chunki ular moddani simlardan tortib rezistorlar, potansiyometrlar va boshqalar kabi murakkabroq qurilmalargacha bo‘lgan keng doiradagi elektr va elektron komponentlarda qo‘llash mumkinligini aniqlaydi.
| Turli materiallarning 20°C tashqi haroratdagi qarshiligi jadvali | |
| Materiallar | OM qarshilik 20°C |
| Alyuminiy | 2, 8 x 10 -8 |
| Surma | 3, 9 × 10 -7 |
| Vismut | 1, 3 x 10 -6 |
| Guruch | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Kadmiy | 6 x 10 -8 |
| Kob alt | 5, 6 × 10 -8 |
| Mis | 1, 7 × 10 -8 |
| Oltin | 2, 4 x 10 -8 |
| Uglerod (grafit) | 1 x 10 -5 |
| Germaniya | 4,6 x 10 -1 |
| Temir | 1,0 x 10 -7 |
| Etakchi | 1, 9 × 10 -7 |
| Nichrome | 1, 1 × 10 -6 |
| Nikel | 7 x 10 -8 |
| Palladiy | 1,0 x 10 -7 |
| Platina | 0, 98 × 10 -7 |
| Kvars | 7 x 10 17 |
| Kremniy | 6, 4 × 10 2 |
| Kumush | 1, 6 × 10 -8 |
| Tantal | 1, 3 x 10 -7 |
| Volfram | 4, 9 x 10 -8 |
| Rink | 5, 5 x 10 -8 |
Mis va alyuminiyning o'tkazuvchanligini taqqoslash
Oʻtkazgichlar elektr tokini oʻtkazuvchi materiallardan tashkil topgan. Magnit bo'lmagan metallar odatda elektr tokining ideal o'tkazgichlari hisoblanadi. Sim va kabel sanoatida turli xil metall o'tkazgichlar qo'llaniladi, ammo mis va alyuminiy eng keng tarqalgan. Supero'tkazuvchilar o'tkazuvchanlik, tortishish kuchi, og'irlik va atrof-muhitga ta'sir qilish kabi turli xususiyatlarga ega.
Mis o'tkazgichning qarshiligi alyuminiyga qaraganda kabel ishlab chiqarishda ko'proq qo'llaniladi. Deyarli barcha elektron kabellar misning yuqori o'tkazuvchanligidan foydalanadigan boshqa qurilmalar va uskunalar kabi misdan qilingan. Mis o'tkazgichlar tarqatish tizimlarida ham keng qo'llaniladi vaelektr energiyasi ishlab chiqarish, avtomobil sanoati. Og'irligi va narxini tejash uchun uzatish kompaniyalari havo elektr uzatish liniyalarida alyuminiydan foydalanmoqda.
Aluminiy yengilligi muhim boʻlgan sohalarda, masalan, samolyotsozlikda qoʻllaniladi va kelajakda uning avtomobilsozlik sanoatida qoʻllanilishini oshirishi kutilmoqda. Yuqori quvvat kabellari uchun mis bilan qoplangan alyuminiy sim, misning qarshiligidan foydalanish uchun ishlatiladi, bu esa engil alyuminiydan strukturaviy vaznni sezilarli darajada tejaydi.
Mis o'tkazgichlar
Mis eng qadimgi ma'lum materiallardan biridir. Uning egiluvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi Ben Franklin va Maykl Faraday kabi dastlabki elektr tajribachilari tomonidan ishlatilgan. Mis materiallarining past r si telegraf, telefon va elektr motor kabi ixtirolarda qo'llaniladigan asosiy o'tkazgich sifatida qabul qilinishiga olib keldi. Mis eng keng tarqalgan o'tkazuvchan metalldir. 1913 yilda boshqa metallarning o'tkazuvchanligini mis bilan solishtirish uchun Misni yoqishning xalqaro standarti (IACS) qabul qilindi.
Ushbu standartga ko'ra, sof tavlangan mis 100% IACS o'tkazuvchanligiga ega. Materiallarning qarshiligi standart bilan taqqoslanadi. Bugungi kunda ishlab chiqarilgan tijorat sof mis yuqori IACS qiymatlariga ega bo'lishi mumkin, chunki ishlov berish texnologiyasi vaqt o'tishi bilan sezilarli darajada rivojlangan. Misning mukammal o'tkazuvchanligiga qo'shimcha ravishda, metall yuqori kuchlanish, issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik kengayishiga ega. Elektr maqsadlarida ishlatiladigan tavlangan mis sim standartning barcha talablariga javob beradi.
Alyuminiy o'tkazgichlar
Mis elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun material sifatida uzoq tarixga ega bo'lishiga qaramay, alyuminiy uni muayyan ilovalar uchun jozibador qiladigan ma'lum afzalliklarga ega va uning hozirgi qarshiligi uni ko'p marta ishlatishga imkon beradi. Alyuminiy misning o'tkazuvchanligining 61% ni va misning og'irligining atigi 30% ni tashkil qiladi. Bu shuni anglatadiki, alyuminiy simning og'irligi bir xil elektr qarshilikka ega mis simning og'irligidan yarmiga teng.
Alyuminiy mis yadrosiga nisbatan arzonroq. Alyuminiy o'tkazgichlar turli xil qotishmalardan iborat bo'lib, minimal alyuminiy miqdori 99,5% ni tashkil qiladi. 1960-1970-yillarda misning yuqori bahosi tufayli alyuminiyning bu turi maishiy elektr simlari uchun keng qoʻllanila boshlandi.
Aluminiy va mis oʻrtasidagi bogʻlanishlarda sifatsiz ishlov berish va jismoniy farqlar tufayli ularning ulanishi asosida yasalgan qurilmalar va simlar mis-alyuminiy kontaktlarida yongʻinga xavfli boʻlib qoldi. Salbiy jarayonga qarshi turish uchun misga o'xshash emirilish va cho'zilish xususiyatlariga ega alyuminiy qotishmalari ishlab chiqilgan. Ushbu qotishmalar elektr tarmoqlari uchun xavfsizlik talablariga javob beradigan, oqim qarshiligi ommaviy foydalanish uchun maqbul bo'lgan simli alyuminiy simlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Agar alyuminiy ilgari mis ishlatilgan joylarda ishlatilsa,tarmoqni teng saqlash uchun mis simdan ikki barobar katta alyuminiy simdan foydalanish kerak.
Materiallarning elektr o'tkazuvchanligini qo'llash
Rezistentlik jadvalida topilgan koʻplab materiallar elektronikada keng qoʻllaniladi. Alyuminiy va ayniqsa mis qarshilikning past darajasi tufayli ishlatiladi. Bugungi kunda elektr ulanishlari uchun ishlatiladigan simlar va kabellarning aksariyati misdan qilingan, chunki u past darajadagi r ni ta'minlaydi va arzon. Oltinning yaxshi o'tkazuvchanligi, narxiga qaramay, ba'zi juda aniq asboblarda ham qo'llaniladi.
Oltin qoplama ko'pincha yuqori sifatli past kuchlanishli ulanishlarda uchraydi, bu erda maqsad eng past kontakt qarshiligini ta'minlashdir. Kumush sanoat elektrotexnika sohasida keng qo'llanilmaydi, chunki u tez oksidlanadi va bu yuqori kontakt qarshiligiga olib keladi. Ba'zi hollarda oksid rektifikator sifatida harakat qilishi mumkin. Tantal qarshiligi kondensatorlarda, nikel va palladiyda ko'plab sirtga o'rnatiladigan komponentlar uchun so'nggi ulanishlarda qo'llaniladi. Kvars o'zining asosiy qo'llanilishini piezoelektrik rezonans element sifatida topadi. Kvars kristallari ko'plab osilatorlarda chastota elementi sifatida ishlatiladi, bu erda uning yuqori qiymati ishonchli chastota zanjirlarini yaratishga imkon beradi.
